Tření pod (pečlivou) kontrolou
Ať chceme nebo ne, fenomén tření doprovází všechny pohyblivé mechanické prvky. Nejinak je tomu u motorů, totiž u styku pístů a kroužků s vnitřní stranou válců, tzn. s jejich hladkým povrchem. Právě v těchto místech dochází k největším ztrátám ze škodlivého tření, proto se je vývojáři moderních pohonů snaží pomocí inovativních technologií co nejvíce minimalizovat.
Nejen teplota
Abychom plně pochopili, jaké podmínky v motoru panují, stačí zadat hodnoty v cyklu zážehového motoru, dosahující 2.800 K (asi 2.527 stupňů C) a nafty (2.300 K - asi 2.027 stupňů C) . Vysoké teploty ovlivňují tepelnou roztažnost tzv. skupiny válec-píst, skládající se z pístů, pístních kroužků a válců. Ty se také deformují v důsledku tření. Proto je nutné efektivně odvádět teplo do chladicího systému a také zajistit dostatečnou pevnost tzv. olejového filmu mezi písty pracujícími v jednotlivých válcích.
Nejdůležitější je těsnost.
Tato část nejlépe odráží podstatu fungování výše zmíněné skupiny pístů. Stačí říci, že píst a pístní kroužky se pohybují po povrchu válce rychlostí až 15 m/s! Není tedy divu, že je věnována tolik pozornosti zajištění těsnosti pracovního prostoru válců. Proč je to tak důležité? Každá netěsnost v celém systému vede přímo ke snížení mechanické účinnosti motoru. Zvětšení mezery mezi písty a válci má vliv i na zhoršení podmínek mazání, včetně té nejdůležitější, tzn. na odpovídající vrstvu olejového filmu. Pro minimalizaci nepříznivého tření (spolu s přehříváním jednotlivých prvků) se používají prvky se zvýšenou pevností. Jednou z v současnosti používaných inovativních metod je snížení hmotnosti samotných pístů, pracujících ve válcích moderních pohonných jednotek.
NanoSlide - ocel a hliník
Jak tedy lze výše uvedeného cíle v praxi dosáhnout? Mercedes používá například technologii NanoSlide, která místo běžně používaného tzv. zesíleného hliníku využívá ocelové písty. Ocelové písty, které jsou lehčí (jsou o více než 13 mm nižší než hliníkové), umožňují mimo jiné snížit hmotnost protizávaží klikové hřídele a pomáhají zvýšit životnost ložisek klikové hřídele a samotného ložiska pístního čepu. Toto řešení se nyní stále více používá jak u zážehových, tak u vznětových motorů. Jaké jsou praktické výhody technologie NanoSlide? Začněme od začátku: řešení navržené Mercedesem zahrnuje kombinaci ocelových pístů s hliníkovými pouzdry (válci). Pamatujte, že při běžném provozu motoru je provozní teplota pístu mnohem vyšší než povrch válce. Součinitel lineární roztažnosti hliníkových slitin je přitom téměř dvojnásobný oproti litinovým slitinám (většina v současnosti používaných válců a vložek válců je vyrobena z posledně jmenovaných). Použití ocelového spojení píst-hliníkové pouzdro může výrazně snížit montážní vůli pístu ve válci. Technologie NanoSlide zahrnuje, jak název napovídá, také tzv. naprašování. nanokrystalický povlak na dosedací ploše válce, který výrazně snižuje drsnost jeho povrchu. Co se však týče samotných pístů, ty jsou vyrobeny z kované a vysokopevnostní oceli. Vzhledem k tomu, že jsou nižší než jejich hliníkové protějšky, vyznačují se také nižší pohotovostní hmotností. Ocelové písty zajišťují lepší těsnost pracovního prostoru válce, což přímo zvyšuje účinnost motoru zvýšením provozní teploty v jeho spalovacím prostoru. To se následně promítá do lepší kvality samotného zapalování a efektivnějšího spalování směsi paliva a vzduchu.
